Í NDICE DE T ABELAS
1.2 E NQUADRAMENTO DO T EMA
Todos os anos milhões de toneladas de resíduos mineiros são descartados no meio ambiente, muitas vezes de forma incorreta ou descontrolada. Os resíduos de mina são produzidos durante a atividade mineira; esta inclui, resumidamente, as operações mineiras de extração, o processamento mineral e o processamento metalúrgico. Aqueles produtos não apresentam valor económico à data da exploração de mina, ocupam muito espaço, e dependendo do tipo de material podem conter substâncias tóxicas nocivas ao ambiente e à saúde humana.
Durante a operação de mineração ou extração, o material rochoso é retirado do interior da terra para a superfície, produzindo resíduos. Que podem ser estéreis de mina, ou escombros, constituídos basicamente por rocha encaixante, solos e sedimentos, com diferentes granulometrias, podendo conter pouco ou quase nenhum minério (Lottermoser, 2007).
Seguidamente, as operações de processamento mineral ou beneficiamento podem ser feitas, na maior parte dos casos, em dois estágios: libertação (moagem, britagem, crivagem, lavagem) e concentração física (flutuação, separação em meio denso, separação gravítica, separação magnética e eletrostática). Mas sempre, com o objetivo de separar fisicamente e concentrar o mineral útil, com interesse económico, da ganga, esta sem interesse económico. Esses processos resultam na produção de resíduos: rejeitados, lamas e efluentes do processo, usualmente enviados para uma barragem de armazenamento, construída a partir do empilhamento dos estéreis de mina.
A última operação, nomeada como processamento metalúrgico, consiste em estágios de recuperação de metais através de técnicas hidrometalúrgicas, pirometalúrgicas, eletrometalúrgicas, ou mistas, escolhidas conforme o tipo de metal a ser obtido. Estas operações envolvem reações químicas, que
produzem resíduos como: efluentes líquidos, emissões atmosféricas, poeiras de combustão, escória e subprodutos da fusão (smelting).
Os resíduos de mina, estéreis, rejeitados e lamas armazenados em pilhas ou barragens, em conjunto com as cavas de mina e as instalações de processamento constituem o chamado legado mineiro. Em um levantamento pela existência de barragens pelo o mundo (Warburton et al., 2020), foram constatadas mais de 1700 barragens de resíduos mineiros das quais cerca de 687 barragens são classificadas como de elevado risco, em relação aos danos ambientais e danos sociais causados decorrentes de uma possível rotura. A classificação de risco dessas estruturas, embora ainda não padronizada mundialmente, considera como por exemplo a altura, o declive, a topografia do terreno, o volume de material, a metodologia de construção, as comunidades que vivem a jusante e a sismologia da localidade.
Apesar do risco, o número de barragens continua a aumentar e a manutenção do modelo mineiro de exploração intensiva contribui para esse aumento. Pois com o baixo teor de minerais ou metais encontrados em corpos mineralizados de depósitos cada vez mais profundos, tem-se uma necessidade duma maior movimentação de rocha encaixante e estéreis. E, consequentemente, o gradativo aumento do volume de pilhas de estéreis e barragens de rejeitados. Entretanto, o interesse e os sucessivos estudos relacionados aos rejeitados mineiros têm aumentado, infelizmente, pela frequência de roturas e proporção dos seus impactos. Assim como, pela necessidade de mudança do modelo de mineração atual, com vista de aproveitar esses depósitos como fonte de minerais secundários, justificado pelo risco de escassez de alguns minerais.
Um agravante é quando a extração de minério resulta em estéreis e rejeitados com minerais de metais pesados e metaloides tóxicos na sua composição. Especificamente, arsénio, cádmio, crómio e mercúrio, ou ainda, altas concentrações de sulfuretos de ferro, tais como arsenopirite, pirite e pirrotite que possuem elevado potencial de oxidação. Neste caso, a gestão correta dos rejeitados tóxicos é requisito fundamental para garantia da manutenção dos serviços de ecossistema e da saúde dos residentes próximos a barragem. A contaminação dos compartimentos ambientais por metais e metaloides tóxicos é um passivo ambiental e, a atividade mineira tem contribuído significativamente para amplificação deste impacto.
Em contrapartida, alguns rejeitados podem conter minerais ou metais, que atualmente tem valor elevado no mercado de commodities e por isso tornam-se economicamente interessantes. Estes metais remanescentes, não foram recuperados no concentrado inicial, pois há algumas décadas, a tecnologia de processamento disponível era inadequada, ou a procura e o valor económico de tais metais eram baixos. Entretanto, o consumo global de metais e minerais e o aumento dos preços dessas commodities chamam a atenção pela procura de fontes alternativas de energia, bens minerais e matérias-primas. Assim, o reaproveitamento de rejeitados pode vir a ser uma solução para o problema de provisão e escassez de metais valiosos.
É neste contexto que se insere um novo modelo económico de mineração, que numa perspectiva mais sustentável, visa reaproveitar, recuperar, reutilizar, reminerar e reprocessar resíduos mineiros. Com o fim de reduzir os impactos ambientais, mas também gerar benefícios para o desenvolvimento e a segurança das comunidades locais, pela remediação e reabilitação de áreas degradadas pela mineração.
UMA NOVA MINERAÇÃO
O modelo económico da sociedade atual incentiva o consumo de bens num ritmo acelerado e longo. Entretanto, o consumo de bens não recicláveis e não renováveis contribui para o aumento da necessidade
de matérias-primas essenciais e, consequentemente, da extração exacerbada de minerais. Nas últimas décadas os avanços tecnológicos têm proporcionado à indústria mineira escalas de produção automatizadas, rápidas e eficientes para extração destas matérias-primas.
A escassez de água, energia e alimentos, a menor disponibilidade de matérias-primas, a redução da qualidade dos recursos minerais, a falta de espaço para armazenamento de resíduos e rejeitados, o crescimento populacional e o rompimento de barragens, são fatores que contribuem significativamente para intensificação de impactos ambientais e alterações climáticas. Estes fatores desafiam os paradigmas de desenvolvimento da mineração, que visa o delineamento de novas políticas económicas, ambientais, sociais e comerciais. Em vista de aproveitar os recursos minerais de forma mais sustentável e por um tempo mais longo, visa-se diminuir/limitar a produção e deposição de resíduos mineiros, ao incluir os rejeitados na cadeia de consumo numa economia circular.
A proposição de economia circular, na qual se insere a nova mineração, envolve a extração, a produção, a redução, a reutilização, a recuperação e a reciclagem de matérias-primas minerais e de energia. O ciclo de consumo sustentável destes recursos, a um ritmo mais adequado e desacelerado, envolve também, o consumo consciente de matérias-primas minerais e a inserção de rejeitados e resíduos como parte integrante do processo produtivo (Liu, 2017). A capacidade de reutilizar e reciclar metais e outros minerais não fósseis diminuirá a necessidade de extração mineral, prolongando as reservas minerais e a sua utilização para as gerações futuras (Reuter, 2013).
Os países membros da União Europeia (UE) adotaram algumas diretrizes relacionadas a transição para economia circular, que incluem ações em domínios da inovação, com o objetivo de garantir a segurança, a produtividade e a eficiência energética dos países europeus no suprimento de matérias-primas (União Europeia, 2015). Além de proporcionar uma maior competitividade do mercado interno e possibilitar um preço justo das commodities na União Europeia e no mundo, garantindo a volatilidade dos preços praticados, novas oportunidades de mercado e a geração de empregos.
No modelo de economia circular uma das metas é atingir o resíduo nulo1, visando estimular o
reaproveitamento ou reprocessamento de resíduos, estéreis de minério e rejeitados. E, consecutivamente, a criação de valores para estes como produtos na cadeia de consumo. A aplicação do modelo circular na indústria mineira, requer um compromisso das entidades relacionadas com a atividade mineral, como governo, indústria, universidades, cientistas, empreendedores e consumidores. Visando a criação duma rede de cooperação, diálogo e partilha de informações num ambiente de conectividade, criatividade e circularidade. Com o propósito de proporcionar benefícios ao meio ambiente e o desenvolvimento sustentável do planeta. Além de, garantir vantagens financeiras para a indústria, poupança para os consumidores, incentivo de melhores práticas na produção de minerais e resíduos, assim como o seu descarte e a sua gestão.
Paralelamente ao plano de economia circular, tem sido divulgada a cada três anos a lista de matérias- primas críticas (Critical Raw Materials, CRM) (União Europeia, 2017). A lista relaciona, conforme à evolução da produção, do mercado e das tecnologias, a disponibilidade dos minerais no mercado europeu, variável consoante os fluxos comerciais e políticos. As matérias-primas críticas são identificadas segundo o risco de abastecimento e a importância económica no mercado comum europeu. ___________________________________
O diagrama representativo da Figura 1 apresenta a relação entre as variáveis, o risco de abastecimento e importância económica, onde é possível identificar as CRM’s em 2017.
Figura 1. Avaliação das matérias-primas para União Europeia (European Commission, 2017).
Na Figura 1, tem-se 26 matérias-primas críticas, dentre estas os metais, platina, tungsténio, silício, nióbio, cobalto e magnésio, que possuem elevados valores de mercado.
No contexto de metais críticos estão a redução dos jazigos originais, aumento da procura de metais raros e presente risco de escassez de alguns desses metais. As antigas minas também podem apresentar teores significativos de metais, que através de novas atividades podem ser reminerados e devolvidos ao ciclo de consumo, o que contribui para manutenção de reservas e para a segurança no abastecimento dos minerais essenciais. Ou ainda, o reaproveitamento de estéreis e rejeitados depositados em barragens, também, pode vir a ser uma segunda fonte de recursos minerais.
O risco de escassez de bens minerais é motivo de preocupação não só na Europa. A busca por um modelo sustentável de mineração, através do desenvolvimento de tecnologias transformadoras, com possibilidade de reaproveitar recursos minerais e energéticos, é prática em todo o mercado mundial.
Legenda:
• Matéria-prima não crítica
TUNGSTÉNIO
História
Entre 1779 e 1781, surgem as primeiras referências à descoberta do tungsténio, quando Peter Woulfe confirmou a existência de um novo elemento presente na volframite. No entanto, Carl Wilhelm Scheele descobriu que um composto ácido, o ácido túngstico, podia ser obtido a partir de um mineral de tungstenite, hoje denominado scheelite (CaWO4) em sua homenagem. Em 1783, dois irmãos espanhóis,
assistentes de Scheele, conseguiram isolar o tungsténio por meio da redução do ácido túngstico com carvão vegetal, a partir do mineral volframite ((Fe,Mn)WO4). Sendo-lhes creditada a nomeação e
descoberta deste mineral (Paulino & Afonso, 2013).
Durante a segunda metade do século XIX, desenvolveram-se atividades de pesquisa e exploração de recursos minerais, sendo descobertos importantes jazigos de tungsténio e estanho em Portugal. Todavia, durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918), a procura deste elemento teve um considerável aumento. Mas, foi durante a Segunda Guerra Mundial (1939-1945), que se verificou o “boom” do tungsténio, tornando-o um metal estratégico e de importância política para os países beligerantes. Ainda no século XX, houve uma última corrida ao tungsténio durante a Guerra da Coreia (1950-1953) (Nunes, 2010).
Propriedades físicas
O tungsténio, representado pelo símbolo químico W, é um metal de transição da tabela periódica com número atómico 74, encontrando-se no estado sólido à temperatura ambiente, sendo um dos elementos mais raros da crosta terrestre. Este elemento tem o ponto de fusão mais elevado entre todos os metais de 3 419 º C. Algumas outras propriedades como o ponto de ebulição de 5 927 ºC, peso específico igual a 19,3 g.cm-3, elevada dureza, resistência ao desgaste e à corrosão e bom condutor de calor e eletricidade
(Cano et al., 2017), fizeram do tungsténio um dos metais mais comercializáveis no mundo como componente em armamento bélico.
A volframite ((Fe,Mn)WO4) e a scheelite (CaWO4) são os principais minerais contendo tungsténio
encontrados na crosta terreste, apesar de existirem mais de 20 espécies minerais com tal elemento. Como se observa na Figura 2 b), a volframite apresenta cor escura brilho submetálico, clivagem perfeita, fratura irregular e dureza intermediária entre 5 e 5,5 na escala de Mohs. Já a scheelite (Figura 2 c)) apresenta cor branca, brilho vítreo a adamantino, fratura conchoidal, clivagem imperfeita e dureza, também, intermediária.
Os minerais de volfrâmio (ou tungsténio) são normalmente encontrados em locais de origem magmática ou hidrotermal. A volframite é frequentemente encontrada em depósitos hidrotermais de quartzo, associada a cassiterite, scheelite, quartzo, calcopirite, pirite, entre outros. Os depósitos de scheelite são caracterizados por serem estratiformes de skarns ou rochas calcissilicatadas e, também, por depósitos filonianos associados a quartzos e pegmatitos (Cano et al., 2017). Já a hubnerite (MnWO4, Figura 2 a))
ocorre em veios hidrotermais de alta temperatura e granitos pneumato-liticamente alterados, em pegmatitos de granito, em depósitos aluviais e eluviais (Mindat, 2019).
Técnicas de extração, produção e manufaturados
A mineração do tungsténio, faz-se geralmente de um modo convencional, com tecnologias geralmente adaptadas à geologia do depósito mineral e aos valores praticados no mercado global. O minério de volframite pode ser concentrado por métodos gravíticos (espirais, cones e mesas), combinados com separação magnética. No caso de scheelite assume-se uma concentraçãotambém por métodos gravíticos combinados com flutuação por espumas (ITIA, 2011).
Os processos de dissolução de scheelite e volframite podem ser feitos por digestão alcalina ou digestão ácida sob pressão. Técnicas mais modernas de processamento de digestão alcalina, têm utilizado como solução concentrada o hidróxido de sódio (NaOH) ou o carbonato de sódio (Na2CO3). A reação de
dissolução da volframite por NaOH é apresentada a seguir:
(𝐹𝑒, 𝑀𝑛)𝑊𝑂4(𝑠)+ 2𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) ↔ 𝑁𝑎2𝑊𝑂4(𝑎𝑞)+ (𝐹𝑒, 𝑀𝑛)𝑂𝐻2(𝑠) (1)
A solução de tungstato de sódio (Na2WO4) é dissolvida com solução de hidróxido de amónio, que segue
para o processo de purificação por precipitação e filtragem, resultando numa solução de tungstato de amónio (Singh Gaur, 2006). A precipitação do tungstato de amónio origina o paratungstato de amónio ((NH4)10(H2W12O42) ·4H2O, vulgo APT). O APT é um dos principais produtos concentrados de
tungsténio comercializados no mercado. Entretanto, existem outros produtos manufaturados provenientes do beneficiamento de WO3 comercializados conforme a necessidade e aplicação final.
Os produtos que levam o tungsténio em sua composição possuem diversas aplicações (Figura 3), tais como: carboneto cimentado para aplicações de corte e desgaste, ligas e aços especiais com elevada dureza, elétrodos, filamentos, fios para aplicações elétricas, eletrônicas, aquecimento, iluminação e soldagem, sais de tungsténio, pigmentos e tintas, mísseis e balas de densidades elevadas.
Produção e mercado mundial
O tungsténio metálico com propriedades únicas responsáveis pela sua importância global e pela sua estratégica bélica, com valorização do seu preço acompanhada pela história de grandes guerras mundiais. A China controla, predominantemente, o mercado deste metal, em termos de produção, exportação e consumo. As reservas de tungsténio chinesas, correspondem a mais de 50 % das reservas mundiais e a 84 % da produção mundial. O controlo da política comercial pelo governo chinês impõe medidas para eliminar a competitividade, definir preços e aumentar o valor agregado do seu produto. A austeridade chinesa passa pela limitação do número de licenças de exploração, cotas máximas de produção de concentrado e exportação do metal (Geological Survey, 2017; Cano et al., 2017).
Seguidamente à produção chinesa está o Vietname, Canadá, Rússia, Bolívia, Áustria, Ruanda e Portugal como os mais representativos da produção mundial do minério, conforme dados da Tabela 1.
Tabela 1. Produção mineira e reservas mundiais de tungsténio (USGS, 2019) Principais países Produção de minério (t) Reservas (t) 2017 2018 China 67000 67000 1900000 Vietnam 6600 6000 95000 Rússia 2090 2100 240000 Bolívia 994 1000 NA Áustria 975 980 10000 Ruanda 720 830 NA Portugal 724 770 3100 Espanha 564 750 54000 Reino Unido 1090 900 43000 Outros países 1300 1400 1000000 Total mundial (aproximado) 82100 82000 334500
Alternativamente, à política de mercado chinês, a União Europeia tem recorrido à importação do metal tungsténio pela Rússia. Pois, o fornecimento interno por parte de Portugal representa apenas 6 % e por parte da Áustria 9 % (Figura 4).
Figura 4. Países fornecedores do metal de tungsténio para União Europeia (Blengini et al., 2017).
Desde 2008, o tungsténio é um dos metais incluídos na lista de matérias-primas críticas, com risco de abastecimento nos países europeus, por isso a política do seu consumo tem sido alterada. O preço do metal de tungsténio depende, firmemente, do mercado, da provisão do metal, das políticas de produção e exportação. Entretanto, em 2010 houve um declínio da mineração chinesa contrapondo aos esforços de industrialização, o que significou um aumento da demanda doméstica chinesa pelo metal. Diminuindo a oferta mundial, o preço do metal elevou-se consideravelmente, chegando a 56 700 US$/t em 2012.
A estimativa de preços do tungsténio pode ser projetada com base na tendência de preços do passado, que desde 2003 tem-se verificado um aumento gradual no seu preço. Na Figura 5 apresentam-se a evolução de valores desta commodity nos últimos 30 anos, assim como os valores corrigidos para a inflação de cada ano.
Figura 5. Preço da commodity tungsténio nos últimos 30 anos (Metalary, 2018).
ZINCO
História
O zinco é milenar na história da humanidade, havendo vestígios de peças de latão datadas de 1000 - 1400 a.C. na Palestina, e objetos com alta percentagem do metal encontrados na antiga região da Transilvânia. Foi em Roma antiga que o metal ficou conhecido por ser usualmente combinado com o cobre para constituir as ligas de latão, e com o estanho para as ligas de bronze. No século XVI já se
conhecia o metal puro sendo, no entanto, erróneo atribuir a descoberta exata a uma única pessoa, pois existem diversos relatos da possível existência do zinco. Mas, foi por volta dos anos de 1740 que Anton von Swab e Andreas Marggraf trabalharam exaustivamente para extrair zinco do mineral calamina, consolidando o processo metalúrgico de obtenção do zinco puro.
Propriedades Físicas
O zinco, representado pelo símbolo químico Zn, também é um metal de transição da tabela periódica com número atómico 30. À temperatura ambiente encontra-se no estado sólido. O seu ponto de fusão é 419 ºC, ponto de ebulição igual a 920 ºC, e sua massa volúmica é 7,14 g.cm-3. Estas propriedades físicas
conferem facilidade na moldagem, maleabilidade e ductilidade. O baixo potencial de redução, comparativamente ao potencial de formação do hidrogénio, a partir da redução da água, caracteriza-o como um metal pouco nobre (Santos, 2010). Além disso, o zinco possui uma propriedade eletroquímica protetora contra a corrosão, sendo deste modo muito utilizado para revestir outros metais, particularmente o aço.
O mineral mais comum de zinco é a esfalerite (ZnS), outro mineral comum é a willemite (Zn2SiO4) e a
franklinite (ZnFe2O4). Os minerais de zinco são frequentemente encontrados associados a rochas
vulcânicas (jazidas extrusivas) e a rochas sedimentares de composição carbonatada.
Técnicas de extração, produção e manufaturados
A mineração de zinco faz-se tanto a céu aberto como em escavações subterrâneas, dum modo geral, o minério é cominuído e concentrado pela flutuação. As tecnologias hidrometalúrgicas para extração do metal puro são adaptadas às características minerais do material, podendo o óxido de zinco (ZnO) ser recuperado via lixiviação, extração por solventes, precipitação, eletrodeposição, separação magnética, entre outras técnicas.
Através da galvanização originam-se os principais produtos manufaturados, que correspondem a 57 % do consumo mundial de zinco. As chapas de aço, ou ligas zincadas são utilizadas em siderurgias e em galvanoplastias para o acabamento e proteção anticorrosiva de peças metálicas, na indústria da construção e indústria automóvel. Como referido o zinco é utilizado na produção de ligas (latão e bronze) e produtos químicos (Santos, 2010; Geological Survey U.S., 2017).
Produção e mercado mundial
O zinco é um metal abundante na crosta terrestre e o terceiro metal mais consumido no mundo, seguido do alumínio e cobre. Os países com maior produção mineira e produção de concentrado de zinco são: China, Peru, Austrália e Índia. A China, mais uma vez predominante, com cerca de 38 % da produção mundial, conforme a Tabela 2.
b) a)
Tabela 2. Produção mineira e reservas mundiais de zinco (USGS, 2019) Principais países Produção de minério (t) Reservas (t) 2017 2018 China 4400 4300 44000 Peru 1470 1600 21000 Austrália 842 940 63000 Índia 833 800 10000 EUA 774 790 11000 México 674 650 20000 Bolívia 473 520 4800 Cazaquistão 330 390 13000 Canadá 344 340 3000 Suécia 251 220 3000 Irlanda 236 150 1400 Outros países 2140 2300 33000 Total mundial (aproximado) 12500 13000 230000
Por ser um metal abundante na crosta terrestre e frequentemente reciclável, o zinco pode retornar ao mercado com preço favorável. A sazonalidade do seu consumo e do mercado, os stocks, a reciclagem, e a produção, são fatores que interferem no preço final do metal. Relacionado, principalmente, com a oferta, motivado por especulações sobre o encerramento de minas de zinco ou ao aumento de produção de minas em operação.
Historicamente, o preço do zinco praticado no mercado não é muito variável, desde a década de 1960, embora houvesse um aumento gradual ao longo dos anos. Antes da crise mundialem 2008, o preço do zinco refinado atingiu os maiores valores nos últimos 30 anos, cerca de 4 500 US$/t mas, posteriormente o preço do zinco voltou para a tendência em se estabilizar.
Na Figura 6 apresenta-se a evolução de valores deste metal, nos últimos 30 anos, assim como os valores da inflação de cada ano.